Система собственных нужд КЭС-100 МВт

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ивановский государственный энергетический университет

им. В.И. Ленина»

 

 

 

Кафедра электрических станций, подстанций и диагностики электрооборудования

 

 

 

 

 

Курсовой проект

на тему:

«Система собственных нужд КЭС-100 МВт»

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

студент группы 5-70к

Ратников Н.А.

 

Проверил: к.т.н., доцент

Скоробогатов А.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Иваново, 2014

 

 

Оглавление

 

Принятые сокращения 4

 

 

 

Принятые сокращения

 

ЭС – электрическая станция;

СН – собственные нужды;

КРУ – комплектное распределительное устройство;

КЭС – конденсационная электрическая станция;

ТСН – трансформатор собственных нужд;

РТСН – резервный трансформатор собственных нужд;

ЭД – электродвигатель;

АД – асинхронный двигатель;

ДС – дымосос;

НТП - нормы технологического проектирования тепловых электрических станций;

КП – курсовой проект;

НН – низшее напряжение;

КПД – коэффициент полезного действия;

КЗ – короткое замыкание.

 

Введение

 

Система собственных нужд является важным звеном, влияющим на показатели работы электрической станции (ЭС) в целом. Не надежная работа системы СН, отказы ее элементов подчас приводят к нарушению функционирования не только электростанции, но и эксплуатации, обеспечение необходимой степени надежности являются весьма актуальными вопросами.

Понятие система собственных нужд включает в себя рабочие машины, обеспечивающие нормальную работу основных агрегатов электростанций, электродвигатели, приводящие в действие рабочие машины, источники питания, КРУ СН и распределительную кабельную сеть, обеспечивающую электроснабжение электродвигателей. Электродвигатели потребляют большое количество электрической энергии, вырабатываемой на электростанции. Поэтому к основным требованиям, предъявляемыем к собственным нуждам, относится необходимая надежность и высокая экономичность.

В данном курсовом проекте проектируется система собственных нужд КЭС с 2-мя блоками по 200 МВт. В ходе проектирования решаются следующие основные вопросы:

    • формирование карты собственных нужд;
    • выбор числа, мощности и типа рабочих и резервных ТСН;
    • выбор типа и мощности ЭД для дымососа;
    • проверка предварительно выбранных ЭД по условиям пуска;
    • выбираются выключатели в цепи ввода ТСН (РТСН);
    • выбирается выключатель в цепи двигателя дымососа;
    • выбирается кабель в цепи двигателя дымососа.

 

 

 

Формирование карты механизмов собственных нужд КЭС с блоками 2х100 МВт

 

Общие положения схемы резервного и рабочего питания собственных нужд КЭС являются важнейшей частью главной схемы электрических соединений, от которой зависит работа блоков КЭС.

 

Общие требования к схемам собственных нужд крупных КЭС:

1. Схемы резервного и  рабочего питания собственных  нужд должны обеспечивать надежную  работу отдельных блоков и  электрической станции в целом.

2. В схемах собственных  нужд при любых режимах работы  на станции не должно быть  таких узлов, повреждение которых  могло бы привести к отключению  больше чем одного блока, то  есть схема собственных нужд  должна быть такой же, как и  основная электрическая схема - блочной.

3. Схема собственных нужд  не должна препятствовать расширению  конденсационной электрической  станции и не должна требовать  при расширении изменения ранее  выполненной части схемы собственных  нужд.

4. Схема собственных нужд  должна быть достаточно экономичной.

 

Описание схемы питания собственных нужд.

Приводы механизмов собственных нужд станции получают питание от распределительного устройства собственных нужд. Согласно [1, с.43] электрические двигатели собственных нужд принимаются в основном асинхронными с короткозамкнутым ротором. Их конструкция относительно проста, поэтому они надежны в работе и несложны в обслуживании.

Напряжение питания крупных электрических двигателей (мощностью более или равной 200 кВт) принимается равным 6 кВ, для остальных электродвигателей переменного тока принимается напряжение питания 380 В.

Электроснабжение собственных нужд осуществляется путем отбора мощности от генераторов с помощью понижающих трансформаторов. Резервное питание электродвигателей собственных нужд осуществляется отбором мощности сети 220 кВ при соблюдении условия, что места присоединения цепей резервного питания должны быть независимы от мест присоединения цепей рабочего питания.

Число рабочих ТСН соответствует числу блоков. Подключаются они на ответвлении между генераторным выключателем и повышающим трансформатором. Выбранные трансформаторы собственных нужд трансформируют напряжение с 20 на 6 кВ, причем обмотка низкого напряжения берется расщепленной для уменьшения токов короткого замыкания на шинах 6 кВ.

Рис.1. Структурная электрическая схема КЭС с двумя блоками по 100 МВт.

Таблица 1. Параметры основного оборудования КЭС.

Генераторы Г-1, Г-2

Тип

Uном, кВ

Sном, МВА

Рном, МВт

cosφном

Iном, кА

n, об/мин

ТВФ-200-2ЕУ3

[8] стр.76

10,5

125

100

0,8

6,875

3000

Блочные трансформаторы

Тип

Uном, кВ

Uнн,

кВ

Рх,

кВт

Рк,

кВт

UкВН-НН,

%

Iх, %

ТДЦ-125000/220 (Т-1)[8], стр.156

242

10,5

120

380

11

0,55

ТДЦ-125000/110 (Т-2)[8], стр.146

121

10,5

120

400

10,5

0,55

Автотрансформаторы связи

Обозначение, тип

Uном, кВ

Uсн,

кВ

Рх,

кВт

Рквн-сн,

кВт

UкВН-СН,

%

UкВН-НН,

%

UкСН-НН,

%

Iх, %

АТДЦТН-200000/220/110

[8], стр.157

230

121

105

430

11

32

20

0,45


 

 

В качестве исходных данных для формирования карты механизмов СН в рамках КП используются рекомендации [1] и типовые карты механизмов СН. Ниже в таблице 2 приведена карта собственных нужд. В карте приведены механизмы собственных нужд, приводимые в действе электродвигателями напряжением 6 кВ, и трансформаторы собственных нужд 6/0,4 кВ.

 

 

Таблица 2. Карта механизмов собственных нужд KЭC 2х100

Наименование токоприёмника

Условное обозначение

Тип (двигателя,

трансформатора)

Sрасчёт, кВА

Ррасчёт, кВт

Sкатал, кВА

Ркатал, кВА

Кол-во

на

 блок /

всего в работе

Блок №1-100МВт

Блок №2-100МВт

Секция 1А

Секция 1Б

Секция 2А

Секция 2Б

P,S

P,S

P,S

P,S

Блочная нагрузка

Питательный электронасос

ПЭН

4АЗМ 4000/6000УХЛ4

3584

4000

1/1

3984

  

3984

  

Пусковой маслонасос

ПМН

ВАН 114-4

320

320

1/1

320

  

320

  

Конденсаторный насос турбины

КНТ

ДАЗО4 400Х-8У1

94

200

1/1

94

  

94

  

Конденсаторный насос бойлерной

КНБ

ДАЗО4 400Х-8У1

126

200

1/1

  

126

  

126

Дутьевой вентилятор

ДВ

ДАЗО2 16-54-8У1

436

630

1/1

  

536

  

536

Насос сетевой

СН

4АЗМ 1600/6000

1208

1600

1/1

  

1268

  

1268

Циркуляционный насос

ЦН

ВАН 143/36-16У3

493

500

1/1

  

493

  

493

Дымосос

Д

ДАЗО2 17-39-8/10У1

245

250

1/1

245

  

245

  

Трансформатор главного корпуса

  

ТСЗ 1000/6-0,4

870

1000

1/1

  

870

  

870

Продолжение табл. 2

Общестанционная нагрузка

Насос кислотной промывки

НКП

4АЗМ-630/6000УХЛ4

574

630

1/1

  

574

  

574

Резервный возбудитель

РВ

ДАЗО4 560Х-8У1

630

630

1

  

630

    

Трансформатор градирен

  

ТСЗ-630

585

630

1/1

  

585

  

585

Трансформатор ОСН

  

ТСЗ-1000

896

1000

1/1

  

896

  

896

Трансформатор пиковой котельной

  

ТСЗ-630

630

630

1/1

630

  

630

  

Насос смывной воды

НСВ

ДАЗО4 400У-8У1

250

250

1/1

  

250

  

250

Трансформатор ХВО

  

ТСЗ-630

580

630

1/1

  

580

  

580

Транс. очистных сооружений

  

ТСЗ-400

360

400

1/1

360

  

360

  

Резервный транс. главн. корпуса

  

ТСЗ-630

630

630

1

    

630

  

Мощность двигателей / на секцию, кВт

4643

3877

4643

3247

Мощность трансформаторов/ на секцию, кВА

990

2931

1620

2931

Мощность двигателей / на блок, кВт

8520

7890

Мощность трансформаторов / на блок, кВА

3921

4551


 

 

 

Выбор числа, мощности и типа рабочих и резервных трансформаторов собственных нужд

 

Рабочие трансформаторы собственных нужд (ТСН). По рекомендациям НТД выбирается по одному рабочему ТСН на блок. Он подключается отпайкой между генераторным выключателей и блочным трансформатором. С учетом повышенных требований надежности СН перегрузка ТСН не допускается.

Суммарная расчётная нагрузка на ТСН, согласно табл. 2, составит:

Sрасч=0,9
          

Где - суммарная расчётная мощность на валах агрегатов СН, питаемых от ТСН, (кВт)

          - суммарная номинальная мощность трансформаторов второй ступени трансформации   6/0,4 кВ блока.

Суммарная расчётная нагрузка:

Блок 1    Sрасч=0,9(4643+3877+990+2931)=0,9*12441=11197   (кВА)

Блок 2    Sрасч=0,9(4643+3247+1620+2931)= 0,9*12441=11197(кВА)

Выбор ТСН производится по условиям наиболее нагруженного блока, в данном случаи оба блока загружены одинаково:

Выбирается ТСН типа – ТРДНС -16000/20 (номинальное напряжение синхронного генератора 100МВт – 10,5). Характеристики ТСН сведены в  табл. 3 [8], стр.130. 

Резервный трансформатор собственных нужд. В цепи генератора установлен генераторный выключатель. Поэтому резервный ТСН выполняет только одну функцию – замену рабочего ТСН при отключении последнего. Пусковые операции осуществляются от собственного рабочего ТСН.

На 2 блока выбирается один РТСН мощностью, равной мощности рабочего ТСН типа ТРДНС-16000/20 [8], стр.130. Предполагается подключение РТСН к обмотке НН автотрансформатора связи.

Таблица 3. Каталожные параметры ТСН и РТСН

Тип

Uвн, кВ

Uнн,

кВ

Рх,

кВт

Рк,

кВт

UкВН-НН,

%

Iх, %

ТДНС-16000/20 (ТСН)

10,5

6,3

17

85

10

0,7

ТДНС-16000/20 (РТСН)

10,5

6,3

17

85

10

0,7


 

Выбор электродвигателей 6 кВ к мощным механизмам

 

Выбор электродвигателей производится упрощенно, по расчетной мощности на валу агрегатов, рекомендуемому типу ЭД и коэффициенту запаса по мощности Кз= 1,1÷1,3 [9], стр. 47

Характеристики электродвигателей по данным [7], табл. П3.1, необходимые для дальнейших расчетов, сведем в таблицу.

 

Таблица 4. Каталожные параметры двигателей собственных нужд напряжением 6 Кв [7], табл. П3.1

Наименование механизма

Тип ЭД

Рн, кВт

Iн,

А

η,

%

Cos φ

о.е.

nн, об/мин

mмакс, о.е.

mн, о.е.

Ki

о.е.

ПЭН

4АЗМ 4000\6000УХЛ4

4000

444

97,3

0,89

2982

2,2

0,9

5,7

ПМН

ВАН-114-4

320

36,7

93,0

0,902

1480

2,4

1,5

6,5

КНТ

ДАЗО4 400Х8У1

200

27,8

93,6

0,77

740

2,4

1,2

6,0

КНБ

ДАЗО4 400Х8У1

200

27,8

93,6

0,77

740

2,4

1,2

6,0

ДВ

ДАЗО2 16-54-8У1

630

75,5

93,5

0,85

740

2,0

0,75

4,8

СН

4АЗМ 1600/6000

1600

179

96,5

0,89

2973

2,0

0,9

5,2

Д

ДАЗО2 17-39-8/10У1

250

35,0

89,5

0,76

594

2,6

0,85

6,1

НКП

4АЗМ 630/6000УХЛ4

630

72

95,7

0,88

2979

2,0

1,0

5,3

РВ

ДАЗО4 560Х-8У1

630

81,0

94,7

0,790

744

2,2

1,3

6,0

НСВ

ДАЗО4 400У-8У1

200

27,8

93,6

0,77

740

2,4

1,2

6,0


 

 

 

 

 

 

 

Выбор электродвигателя к циркнасосу по условиям пуска

В качестве циркуляционного насоса (ЦН) на газовых блоках мощностью 100 МВт используются рабочие машины типа ОПВ6-110 по второй скорости [7], табл.П4.11.

 

Таблица 5. Каталожные данные дымососа ОПВ6-110

Q, тыс. м3/ч

H, кПа

nн, об/мин

J, кг∙м2

η, о.е.

13300

7,4

365

150

0,87


 

 

Определение расчетной мощности на валу ДС. Переведем для удобства единицы измерения напора

Расчетная мощность дымососа определяется по форуме [9], стр.8:

 

Где G- производительность кг/ч,  , - плотность перекачиваемой жидкости кг/м3., Q – объёмная производительность  м3/ч., H- полный напор м. водяного столба, н – кпд насоса , о.е. ,  -КПД передачи в о.е. принимаем равным 1,0 при отсутствии передачи (например, специальной муфты или редуктора).

Согласно [13] перекачиваемая жидкость – вода. tводы = 25,   - для воды при tводы = 25 приближенно ровна  998,2 кг/м3, следовательно:

G = Q*998,2=13300*998,2= 13276060(кг/ч),

 

Номинальная мощность АД вычисляется по выражению:

472 кВт.

Здесь по условиям пуска принято, что коэффициент запаса К=1,2  согласно[9] стр.47.

Определение номинальной мощности и типа АД для привода ЦН.

Номинальная мощность АД вычисляется по выражению:

472 кВт.

Здесь по условиям пуска принято, что коэффициент запаса К=1,2  согласно[9] стр.47.

Предварительно выбираем АД типа ВАН 143/36-16У3 [7] , табл.П3.1:

 

Проверка выбранного АД по условиям пуска. Весь дальнейший расчет производится в относительных единицах, причем за 1 о.е. принимается номинальная мощность выбранного АД. В относительных единицах по отношению к этой мощности записывается также выражение для момента сопротивления механизма. Однако, поскольку мощность АД отлична от расчетной мощности Рмех, это обстоятельство [14] учитывается соответствующим коэффициентом приведения а. Для нашего случая фактический коэффициент приведения равен

а=Рмех/Рном АД =393/500=0,79.

Для расчета времени пуска необходимо решить графо-аналитическим методом уравнение движения [9]  стр.11

 

(при рассмотрении процесса  пуска, когда s изменяется от 1 до sном ≈0) приращивание ds<0), найдя из него время пуска по выражению [9](12), а в более удобной форме для графо-аналитического метода решения – по формуле[9](23):

                                          (1.2)

 

где  TJ – механическая постоянная времени агрегата, состоящего из насоса и двигателя, с; ∆si – выбранный интервал скольжения, о.е.; mизб.ср.i – средний избыточный момент в интервале ∆si, о.е.

Для решения уравнения движения необходимо построение механических характеристик насоса и асинхронного электродвигателя.

Механическая характеристика ЦН. Это зависимость момента сопротивления механизма от скольжения mc=f(s) . Для циркуляционного насоса применимо выражение [9] (17) стр13. Тогда момент сопротивления mс, о.е., равен

 

Где mс – относительный момент сопротивления механизмов(Мс/Мсном);   mс нач – относительный начальный статистический) момент сопротивления, по рекомендации [9] стр.14, берём равным 0,14 о.е. ; р – показатель степени, определяемый типом рабочей машины и условиями её работы, согласно [9] стр.14 p=3

                             (1.3)

Результаты расчёта mс по формуле (1.3) для разных значений скольжения s занесены в табл.6

Таблица 6. Момент сопротивления механизма при различных значениях s

mc,о.е.

0,111

0,111

0,116

0,129

0,154

0,196

s,о.е.

1

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5


 

Продолжение табл. 6

mc,о.е.

0,257

0,344

0,458

0,606

0,655

0,752

0,79

s,о.е.

0,4

0,3

0,2

0,1

0,071

0,019

0


 

 

Построим характеристику момента сопротивления по полученным значениям.

 

Механическая характеристика асинхронного двигателя типа ВАН 173/46-12. Для построения необходимы каталожные данные электродвигателя, приведены по данным [7] табл. П3.1 в табл.7

Таблица 7. Паспортные данные АД ВАН 173/46-12

Рн, кВт

Uн, кВ

nн, об/мин

Sн, %

ηн, %

Cos φн о.е.

Ki, o.e.

mп, о.е.

mмакс (bном), о.е.

J, кг*м2

500

6

368

1,4

92,1

0,70

4,0

0,85

2

300


 

Для построения механической характеристики АД используется упрощенная формула  данных [1] (14) стр. 12:

,                                    (1,4)

для которой находится критическое скольжение  

через номинальное скольжение

 

Расчёты по формуле (1.4)для всего диапазона измерения скольжения  при пуске сведены в табл. 8

Таблица 8. Момент АД по упрощённой формуле

m,о.е

0,283

0,314

0,352

0,402

0,467

0,557

s,о.е

1

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5


 

Продолжение табл.8

m,о.е

0,688

0,896

1,261

1,888

2

0,999

-

s,о.е

0,4

0,3

0,2

0,1

0,071

0,019

0


 

 

Далее необходимо найти тизб. Для удобства построения и вычисления значений тизб определяется значение тс для s=sн, s=sкр (тс = 2 при sкр=0,071; тс = 0,999 при sном=0,019)

Формула дает точные значения момента т для АД, применяемы в системе СН, только в области скольжений . Поэтому в области скольжений кривая АД должна быть скорректирована. Корректировка функции проводится упрощенно:

  1. При s=1 (двигатель неподвижен) момент равен пусковому – mп=0,85;
  2. При s=0,5 m=1.1mп=1.1∙0,85=0.935
  3. При s=sкр m=mмакс=bном=2

По этим трем точкам корректируется кривая путем соединения точек плавной линией. В результате имеем зависимость момента электродвигателя. По кривой уточненной зависимости определяются значения моментов при разных скольжениях. Результаты занесем в таблицу.

 

Таблица 9. Уточненная кривая момента электродвигателя после корректировки.

mк,о.е

0,85

0,86

0,88

0,89

0,9

0,935

s,о.е

1

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5


 

 

 

 

Продолжение табл.9

m,о.е

1

1,135

1,39

1,888

2

1,05

-

s,о.е

0,4

0,3

0,2

0,1

0,071

0,019

0


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2 Характеристика сопротивления механизма момента mc, момента двигателя m и уточненная кривая момента mк электродвигателя после корректировки.

 

По данным таблиц 6 и 9 рассчитываются значения избыточного момента для каждого значения скольжения mизб=f(s) как mизб=mi-mci. Результаты сведем в табл. 10.

Таблица 10. Зависемость избыточного момента от скольжения

mизб,о.е

0,739

0,749

0,764

0,761

0,756

0,739

s,о.е

1

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5


 

Продолжение табл.9

mизб,о.е

0,743

0,791

0,932

1,282

1,335

0,298

s,о.е

0,4

0,3

0,2

0,1

0,071

0,019


 

 

 

При номинальном скольжении sн=0,019 принимаем mизб=0 (рабочая точка), невзирая на то, что графически возможно получиться значение, неравное 0. Зависимость mизб =f(s)строится на рис.3

 

Определение времени пуска агрегата «циркнасос – асинхронный двигатель» при номинальном напряжении на зажимах АД. Время пуска определяется с использованием данных таблице 6 по ранее полученному из уравнения движения выражению(1,2). Механическая постоянная времени Tj определяется по формуле

 

где Jр.м. - рабочая машина ЦН, берём из табл.5

 

Принимаем значение =1,39 с. Интервалы выбираются между соседними значениями по таблице 6. Заметим, что все интервалы |∆s1|…|∆s9| одинаковы и равны 0,1, а два интервала отличаются: Dsi = s(i+1) − si – приращение скольжения, равное разности граничных значений скольжения на i-м интервале (Dsi – отрицательное); |∆s10|=0,1-0,071=0,29; |∆s11|=0,071-0,019=0,052. Среднее значение определяется как полусуммы значений на границах интервала . Результаты расчетов приведены в таблице 11.

 – среднее значение  относительного избыточного момента  на i-м интервале скольжения.

 

Таблица 11. Среднее значение избыточного момента на интервалах

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

mизб. ср.i

0,744

0,757

0,763

0,759

0,741

0,748


 

Продолжение табл.11

0,1

0,1

0,1

0,029

0,052

mизб. ср.i

0,767

0,862

1,107

1,309

0,817


 

 

Далее с использование данных табл. 7 найдем время пуска:

 

Определение нагрева обмотки АД за время пуска. Превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды в конце одного пуска двигателя из холодного состояния определится по выражению

 

Где Кu=U/Uн=1(номинальное напряжение); Кi= 4,0 – кратность пускового тока – каталожный параметр ЭД; j=4,5 А/мм2 – среднее значение плотности тока для двигателя; tп’= tп так как напряжение номинальное, tп’- время пуска с учётом коэффициента напряжения, с.

Согласно данным [9] стр.18, табл.3, значение перегрева 2,5 оС допустимо для изоляции всех классов.

ГОСТ 183-74 [15]разрешает для АД проводить два пуска подряд из холодного состаяния при номинальном напряжении. В конце двух пусков, проведённых подряд, превышение температуры определяется по выражению (26) данных [9]:

Кп =0,58 – коэффициент, учитывающий два пуска подряд [9] , стр.17. Видим, что также допустимо использование любой изоляции, полученые превышение температуры меньше допустимого для изоляции обмотки статора класса нагревостойкости F по ГОСТ 8865-93 с температурным использованием по классу В для электродвигателей ВАН 143\36-16У3 [16]